CN102538546A - 碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳化硅陶瓷热交换板，所述热交换板的设计形状为中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；所述热交换板上设有双回路结构换热通道；所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷总重量计。本发明还提供了所述热交换板的制备方法及其用途。本发明的碳化硅陶瓷热交换板可以大大提高热交换器的换热效率和寿命。
Description
技术领域
本发明属于工程陶瓷材料技术领域，其涉及一种热交换器，更具体地涉及碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法，所述热交换板在其内部具有冷却或加热介质的换热通道。
背景技术
随着世界性能源危机的日益加剧，为有效回收利用各种工业领域废液废气的多余热量，工业上对热交换器的需求越来越大，对热交换器的质量要求也越来越高。
板式热交换器是一种具有特殊结构形式的热交换器，结构紧凑，热交换效率高，广泛应用于两种介质的直接换热。由于金属良好的可加工性能，目前所使用的热交换板材料大都为金属材料。然而，普通金属材料的耐酸碱腐蚀性能比较差，在高压高腐蚀性的环境中，必须采用价格昂贵的贵金属如哈氏合金、锆、钽等，对于温度较高的情况下，特别是高于200℃时，金属材料的耐腐蚀性能迅速降低，并且产生较严重的结垢现象，大大降低了热交换器的换热效率和寿命。
碳化硅陶瓷具有优异的力学、热学和耐腐蚀性能，特别是其室温热导率高达120～180W/m·K，约为金属钽的两倍，不锈钢的5倍，镍合金的10倍，即使壁厚仅1.5～2.0mm的碳化硅热交换管也具有较高的强度。90年代以来，碳化硅热交换管已经成功用于管壳式热交换器，在各种极端环境下的热交换应用中效果良好。然而，目前碳化硅陶瓷尚未在板式热交换器中得到应用。
专利DE 2841571C2设计了一种“L”形导向的换热板，板的结构采用机械加工而成，各部分形状不规则，通用性较差。专利EP 0074471B1给出了一种湿法铸膜和叠层方法成型的制造方法。这两个专利中采用的材料均为反应烧结碳化硅或氮化硅。在碱性环境下，残余硅容易与介质反应，造成强度降低而导致板面破裂。制造的热交换器在热交换效率、耐腐蚀和气密性方面性能较差。
专利DE 19717931C1采用了纤维增强的C/Si或Si/SiC材料用于200～1600℃的热交换。这种材料的制备工艺比反应烧结碳化硅更加复杂，成本也更高。此外这种材料气孔率较高，不能采用气动密封。通过各种表面改性的方法也大大提高了制造成本。专利EP 1544565A2设计了一种用于高温热交换管的板式热交换器，材料为纤维增强碳化硅。通道结构利用了翅片或肋板式，主要用于高温气体换热。这两个专利多用于高温气体的热交换，用于液体特别是强碱性腐蚀介质换热时，气密性较差，换热效率降低。
专利US 20090151917A1，CN101405554A公开了一种板式陶瓷热交换器，利用常压烧结碳化硅为主要材料，板的设计采用长方形设计，采用橡胶垫和扩散焊接的方法分别应用于低温和高温环境下的热交换。长方形的设计延续了金属热交换器的造型，但对于陶瓷材料的来说，成型相对较为困难，成品率较低。而且由于陶瓷材料的脆性，介质高速高压冲击带来的振动，容易对薄壁结构造成破坏。
因此，到目前为止，碳化硅陶瓷在板式热交换器中尚未得到广泛应用，其主要原因是缺乏合理的设计，有效的制造及封装工艺，因此其效率。
综上所述，本领域缺乏一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。因此，本领域迫切需要开发一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。
发明内容
本发明的第一目的在于获得一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。
本发明的第二目的在于获得一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器的制备方法。
本发明的第三目的在于获得一种碳化硅热交换板在热交换处理中的应用。
在本发明的第一方面，提供了一种碳化硅陶瓷热交换板，
所述热交换板的设计形状为中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；
所述热交换板上设有双回路结构换热通道；
所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷总重量计。
在一优选例中，所述双回路结构换热为换热介质从一端进口流入后，两侧分流，从各自独立的换热通道从出口流出。
在本发明的一个具体实施方式中，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道或弧形双回路结构换热通道。
在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为正方形时，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道。
在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为圆形时，所述双回路结构换热通道为弧形双回路结构换热通道。
在一优选例中，热交换介质从所述的双回路结构换热通道的一进口流入，分流后沿着直线或弧形通道从出口流出。
在一优选例中，所述的热交换板的厚度可以为4～10mm，优选的厚度为6～8mm。
在一优选例中，所述的热交换板具有的弧形或直线形换热通道，其深度可以为2～6mm，优选深度为3～5mm。
在一优选例中，所述的热交换板中的换热通道由分流壁隔开，宽度可以为2～4mm，优选的宽度为3±0.1mm。
在一优选例中，所述的热交换板通道分流壁上部带有方孔，间距可以为10～30mm，优选间距为15～20mm。方孔宽度为4±0.1mm，深度为分流壁高度的2/3。
在一优选例中，所述的热交换板中间分布4±1条相互垂直的主筋，用于面形稳定和支撑，其宽度可以为4～6mm，优选的宽度为5±0.1mm。
在一优选例中，所述的热交换板边缘带有宽度为4±0.1mm，深度3±0.1mm的槽，用于相邻板的密封。
在本发明的一个具体实施方式中，所述双回路结构换热通道的两端和/或末端设有涡流和湍流发生结构。
在一优选例中，所述涡流和湍流发生结构为换流通道的转角处和侧壁的长方形孔道；更优选地，所述所述双回路结构换热通道为弧形双回路结构换热通道，在所述通道的侧壁上部设有长方形孔道，便于形成涡流和湍流。
在本发明的一个具体实施方式中，所述碳化硅陶瓷是常压烧结碳化硅陶瓷。
在一优选例中，所述常压烧结碳化硅陶瓷可以通过陶瓷坯体机械加工或湿法成型，经脱粘、高温烧结制造。
在本发明的一个具体实施方式中，所述碳化硅陶瓷由(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂进行造粒并成型后固相烧结得到。
本发明的第二方面提供一种所述的热交换板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(a)提供(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂进行造粒，得到粉体；
(b)将步骤(a)的粉体进行成型，得到碳化硅坯体；
(c)将所述碳化硅坯体进行成型，得到成型体，所述成型体具有中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；且所述成型体上设有双回路结构换热通道；
(d)所述成型体进行后续步骤，得到所述热交换板。
在本发明的一个具体实施方式中，所述造粒采用喷雾造粒法。
在一优选例中，所述烧结助剂包括可以包括B4C-C，B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有机物裂解产生。其中B4C或B的含量在0.2～2wt％，优选含量为0.4～1.0wt％，C的含量为0.5～6wt％，优选含量为1～3wt％。
在一优选例中，所述烧结助剂也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以为0～4wt％，其中Al2O3，Y2O3，SiO2的含量为0.5～8wt％，优选含量为2～6wt％。
在一优选例中，所述的喷雾造粒过程可以是水基，也可以是酒精基。
在本发明的一个具体实施方式中，所述成型包括干法成型或湿法成型。
在本发明的一个具体实施方式中，所述后续步骤为将成型体进行热处理和烧结，得到所述热交换板。
在一优选例中，所述热交换板成型体在真空石墨电阻炉中进行热处理，热处理温度在600～1200℃，保温时间为2～4小时，升温速率为1～5℃/min。
在一优选例中，所述热处理后的热交换板坯体在惰性气体(例如氩气)气氛保护的高温烧结炉中烧结，烧结温度为1900～2300℃，保温2～4小时，升温速率1～10℃/min。
本发明的第三方面提供一种所述的热交换板在热交换处理中的应用。
在一优选例中，包括材料成型、加工、热处理、高温烧结等工艺步骤：
(1)将一定量碳化硅粉体，加入烧结助剂，粘结剂混合均匀，进行喷雾造粒。
(2)所述烧结助剂包括可以包括B4C-C，B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有机物裂解产生。其中B4C或B的含量在0.2～2wt％，优选含量为0.4～1.0wt％，C的含量为0.5～6wt％，优选含量为1～3wt％。
(3)所述烧结助剂也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以为0～4wt％，其中Al2O3，Y2O3，SiO2的含量为0.5～8wt％，优选含量为2～6wt％。
(4)所述的喷雾造粒过程可以是水基，也可以是酒精基。
(5)造粒后的粉体可以经干压、等静压成型。成型后的坯体经加工出所设计热交换板的形状。
(6)造粒后的粉体也可以通过湿法成型如凝胶注模的方法直接成型出所设计热交换板的形状。
(7)坯体热交换板在真空石墨电阻炉中进行热处理，热处理温度在600～1200℃，保温时间为2～4小时，升温速率为1～5℃/min。
(8)热处理后的热交换板坯体在高温烧结炉中烧结，烧结温度为1900～2300℃，保温2～4小时，升温速率1～10℃/min，氩气气氛。
附图说明
图1：正方形碳化硅热交换板设计平面图；
图2：圆形碳化硅热交换板设计平面图。
如图1和图2所示，其特征在于：
(1)所述的热交换板为正方形或圆形。
(2)所述的热交换板的面积和介质进出口尺寸由实际使用中介质流量和压力确定。
(3)所述的热交换板的厚度可以为4～10mm，优化的厚度为6～8mm。
(4)所述的热交换板具有弧形或直线形换热通道，深度可以为2～6mm，优化深度为3～5mm。
(5)所述的热交换板中的换热通道由分流壁隔开，宽度可以为2～4mm，优化的宽度为3mm。
(6)所述的热交换板通道分流壁上部带有方孔，间距可以为10～30mm，优化间距为15～20mm。方孔宽度为4mm，深度为分流壁高度的2/3。
(7)所述的热交换板中间分布4条相互垂直的，用于面形稳定和支撑，其宽度可以为4～6mm，优化的宽度为5mm。
所述的热交换板边缘带有宽度为4mm，深度3mm的槽，用于相邻板的密封。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，获得了一种热交换效率高的碳化硅陶瓷热交换板。在此基础上完成了本发明。
本发明的技术构思如下：
本发明提供了一种碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法，所采用材料可以为常压固相烧结碳化硅陶瓷。板的设计形状为正方形或圆形，介质从其一进口流入，分流后沿着直线或弧形通道从出口流出。通道两端和末端为弧形，侧壁上部带有长方形孔道，便于形成涡流和湍流。这种设计最大程度利用了陶瓷热交换板的换热面积，增大了液体流量，且板与板之间的密封较为简单。此外，本发明还提供了该陶瓷热交换板的制造方法，可以通过陶瓷坯体机械加工或湿法成型，经脱粘、高温烧结制造。根据本发明制造的陶瓷热交换板组装的热交换器结构紧凑，热交换效率高，能够用于高温条件或各种强腐蚀介质的介质之间的换热，广泛用于化工、冶金、钢铁、纺织、食品等工业领域。
以下对本发明的各个方面进行详述：
碳化硅陶瓷热交换板
本发明的一种碳化硅陶瓷热交换板，其特点在于，
所述热交换板的设计形状为中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；
所述热交换板上设有双回路结构换热通道；
所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷总重量计。
本文中，所述的热交换板的面积由实际使用中介质流量和压力确定，其没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
本文中，所述的热交换板的介质进出口尺寸由实际使用中介质流量和压力确定，其没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
碳化硅
本发明的碳化硅主要针对固相烧结碳化硅，含量可以不低于97％，以碳化硅陶瓷总重量计。而液相烧结在某些场合也可以用，含量可以不低于95％，以碳化硅陶瓷总重量计。所述的碳化硅含量是指烧结之后碳化硅含量(也即不含烧结助剂和粘结剂)。
液相烧结中，尽管初始粉体含量小于95％，但烧结烧结后材料中碳化硅含量是大于95％的。
在本发明的一个具体实施方式中，所述碳化硅陶瓷是常压烧结碳化硅陶瓷。
所述常压烧结包括固相烧结和液相烧结，优选为固相烧结。
在一优选例中，所述常压烧结碳化硅陶瓷可以通过陶瓷坯体机械加工或湿法成型，经脱粘、高温烧结制造。
更优选地，所述碳化硅陶瓷由85-95重量份碳化硅粉体、0～15重量份烧结助剂、0～2重量份粘结剂进行造粒并成型后固相烧结得到。
双回路结构
本发明人发现，通过将热交换板的形状设计为双回路结构，换热通道为中心对称结构，并采用碳化硅陶瓷，能获得意料不到的效果，其热交换效率大为提高，能够用于高温条件或各种强腐蚀介质的介质之间的换热。
优选地，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道或弧形双回路结构换热通道。
在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为正方形时，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道。
在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为圆形时，所述双回路结构换热通道为弧形双回路结构换热通道。
具体地，所述双回路结构换热为换热介质从一端进口流入后，两侧分流，从各自独立的换热通道从出口流出。更具体地，热交换介质从所述的双回路结构换热通道的一进口流入，分流后沿着直线或弧形通道从出口流出。
本发明的双回路区别于目前ESK的设计。本发明采用采用中心对称，两侧分流，经两路通道换热，充分利用陶瓷板的换热面积，降低制造成本，并获得了意料不到的热效率的提高。
在一优选例中，所述的热交换板的厚度可以为4～10mm，优选的厚度为6～8mm。
在一优选例中，所述的热交换板具有的弧形或直线形换热通道，其深度可以为2～6mm，优选深度为3～5mm。
在一优选例中，所述的热交换板中的换热通道由分流壁隔开，宽度可以为2～4mm，优选的宽度为3±0.1mm。
在一优选例中，所述的热交换板通道分流壁上部带有方孔，间距可以为10～30mm，优选间距为15～20mm。方孔宽度为4±0.1mm，深度为分流壁高度的2/3。
在一优选例中，所述的热交换板中间分布4±1条相互垂直的主筋，用于面形稳定和支撑，其宽度可以为4～6mm，优选的宽度为5±0.1mm。
在制作支撑结构的时候，一般称宽的为主筋，窄的为侧筋。
在一优选例中，所述的热交换板边缘带有宽度为4±0.1mm，深度3±0.1mm的槽，用于相邻板的密封。
发明人提供一个优选实施方式，其中所述双回路结构换热通道的两端和/或末端设有涡流和湍流发生结构。
在一优选例中，所述涡流和湍流发生结构为换流通道的转角处和侧壁的长方形孔道；更优选地，所述所述双回路结构换热通道为弧形双回路结构换热通道，在所述通道的侧壁上部设有长方形孔道，便于形成涡流和湍流。
制备方法
本发明的热交换板的制备方法包括如下步骤：
(a)提供(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂进行造粒，得到粉体；
(b)将步骤(a)的粉体进行成型，得到碳化硅坯体；
(c)将所述碳化硅坯体进行成型，得到成型体，所述成型体具有中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；且所述成型体上设有双回路结构换热通道；
(d)所述成型体进行后续步骤，得到所述热交换板。
造粒
在一优选例中，所述烧结助剂包括可以包括B4C-C，B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有机物裂解产生。其中B4C或B的含量在0.2～2wt％，优选含量为0.4～1.0wt％，C的含量为0.5～6wt％，优选含量为1～3wt％。
在一优选例中，所述烧结助剂也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以为0～4wt％，其中Al2O3，Y2O3，SiO2的含量为0.5～8wt％，优选含量为2～6wt％。
优选地，造粒采用喷雾造粒法。
在一优选例中，所述的喷雾造粒过程可以是水基，也可以是酒精基。
成型
具体地，所述步骤(b)和(c)的成型包括干法成型或湿法成型。
后续步骤
具体地，所述后续步骤为将成型体进行热处理和烧结，得到所述热交换板。
在一优选例中，所述热交换板成型体在真空石墨电阻炉中进行热处理，热处理温度在600～1200℃，保温时间为2～4小时，升温速率为1～5℃/min。
在一优选例中，所述热处理后的热交换板坯体在惰性气体(例如氩气)气氛保护的高温烧结炉中烧结，烧结温度为1900～2300℃，保温2～4小时，升温速率1～10℃/min。
在一优选例中，所述后续步骤包括材料成型、加工、热处理、高温烧结等工艺步骤。
在一个具体实施方式中，发明人通过如下方式得到所述热交换板。
将一定量碳化硅粉体，加入烧结助剂，粘结剂混合均匀，进行喷雾造粒(例如(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂)；
所述烧结助剂包括可以包括B4C-C，B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有机物裂解产生。其中B4C或B的含量在0.2～2wt％，优选含量为0.4～1.0wt％，C的含量为0.5～6wt％，优选含量为1～3wt％；
所述烧结助剂也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以为0～4wt％，其中Al2O3，Y2O3，SiO2的含量为0.5～8wt％，优选含量为2～6wt％；
所述的喷雾造粒过程可以是水基，也可以是酒精基；
造粒后的粉体可以经干压、等静压成型。成型后的坯体经加工出所设计热交换板的形状；
造粒后的粉体也可以通过湿法成型如凝胶注模的方法直接成型出所设计热交换板的形状；
坯体热交换板在真空石墨电阻炉中进行热处理，热处理温度在600～1200℃，保温时间为2～4小时，升温速率为1～5℃/min；
热处理后的热交换板坯体在高温烧结炉中烧结，烧结温度为1900～2300℃，保温2～4小时，升温速率1～10℃/min，氩气气氛。
与已有碳化硅热交换板的设计和制造比较，本发明有以下的优点：
(1)该热交换板的设计最大程度利用了陶瓷板材的换热面积，降低了制造成本，提高了热交换效率。
(2)介质进口的分流设计增大了介质流量，同等压力条件下增强了板材之间的密封性能。
(3)利用常压烧结助剂烧结得到的碳化硅热交换管致密度达95％T.D.以上，热导率达100-150W(m·K)，耐强酸强碱腐蚀性能良好。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
将95wt％的碳化硅粉体，1.0wt％的纳米碳黑和0.4wt％的碳化硼粉体在酒精溶液中混合均匀，加入粘结剂酚醛树脂在砂磨机中混合4小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体经干压，等静压为正方形坯体。坯体经加工成如图1的形状，而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为600℃保温4h，升温速率为1℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2150℃保温4h，Ar气氛，升温速率为2℃/min。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为4mm，换热通道深度为2mm，换热通道之间的分流壁宽度为2mm，分流壁上的孔的深度为1.3mm，宽度为4mm，间距为15mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为4mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
烧结后的随炉样品经阿基米德排水法测试其致密度为96.7％T.D.，室温热导率为118W(m·K)。
实施例2
将95wt％的碳化硅粉体，3.0wt％的纳米碳黑和1.0wt％的无定形硼粉在水溶液中混合均匀，加入粘结剂酚醛树脂在砂磨机中混合8小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体经干压，等静压为圆形坯体。坯体经加工成如图2的形状，而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为1200℃保温1h，升温速率为5℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2250℃保温2h，Ar气氛，升温速率10℃/min。
烧结后的随炉样品经测试得到其致密度为98.6％T.D.，室温热导率为132W(m·K)。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为10mm，换热通道深度为5mm，换热通道之间的分流壁宽度为4mm，分流壁上的孔的深度为3.3mm，宽度为4mm，间距为30mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为6mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
实施例3
将95wt％的碳化硅粉体，2.0wt％的纳米碳黑和0.8wt％的无定形硼粉在水溶液中混合均匀，加入粘结剂聚乙烯醇在砂磨机中混合5小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体加入单体、交联剂配成预混液，而后加入引发剂倒入如图1形状由不锈钢加工成的的反模中进行凝胶浇注，固化后干燥脱模。坯体而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为1000℃保温2h，升温速率为3℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2200℃保温2h，Ar气氛，升温速率5℃/min。
烧结后的随炉样品经测试得到其致密度为97.8％T.D.，室温热导率为128W(m·K)。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为8mm，换热通道深度为4mm，换热通道之间的分流壁宽度为3mm，分流壁上的孔的深度为2.7mm，宽度为4mm，间距为30mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为5mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
实施例4
将90wt％的碳化硅粉体，6.0wt％的Al2O3和2.0wt％的Y2O3粉体在酒精溶液中混合均匀，加入粘结剂酚醛树脂在砂磨机中混合4小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体经干压，等静压为正方形坯体。坯体经加工成如图1的形状，而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为800℃保温4h，升温速率为3℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2150℃保温2h，Ar气氛，升温速率为5℃/min。
烧结后的随炉样品经测试得到其致密度为95.2％T.D.，室温热导率为102W(m·K)。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为6mm，换热通道深度为3mm，换热通道之间的分流壁宽度为2mm，分流壁上的孔的深度为2.0mm，宽度为4mm，间距为20mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为4mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
实施例5
将85wt％的碳化硅，5.0wt％的Al2O3和8.0wt％的SiO2粉体在水溶液中混合均匀，加入粘结剂聚乙烯醇在砂磨机中混合6小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体经干压，等静压为圆形坯体。坯体经加工成如图2的形状，而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为1200℃保温1h，升温速率为2℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2230℃保温3h，Ar气氛，升温速率8℃/min。
烧结后的随炉样品经测试得到其致密度为96.3％T.D.，室温热导率为108W(m·K)。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为10mm，换热通道深度为5mm，换热通道之间的分流壁宽度为4mm，分流壁上的孔的深度为3.3mm，宽度为4mm，间距为30mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为6mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
实施例6
将85wt％的碳化硅粉体，6.0wt％的Al2O3、3.0wt％的SiO2和5.0wt％的Y2O3粉体在水溶液中混合均匀，加入粘结剂酚醛树脂在砂磨机中混合5小时后进行喷雾造粒。喷雾造粒后的粉体加入单体、交联剂配成预混液，而后加入引发剂倒入如图1形状由不锈钢加工成的的反模中进行凝胶浇注，固化后干燥脱模。坯体而后在真空石墨电阻炉中进行热处理，温度为1000℃保温2h，升温速率为3℃/min，热处理后的坯体在高温烧结炉中烧结，2200℃保温2h，Ar气氛，升温速率5℃/min。
烧结后的随炉样品经测试得到其致密度为96.8％T.D.，室温热导率为115W(m·K)。
烧结后的热交换板各参数为：总厚度为8mm，换热通道深度为4mm，换热通道之间的分流壁宽度为3mm，分流壁上的孔的深度为2.7mm，宽度为4mm，间距为30mm。热交换板相互垂直的分流壁的宽度为5mm，密封槽宽度为4mm，深度为3mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种碳化硅陶瓷热交换板，其特征在于，
所述热交换板的设计形状为中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；
所述热交换板上设有双回路结构换热通道；
所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷总重量计。
2.如权利要求1所述的热交换板，其特征在于，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道或弧形双回路结构换热通道。
3.如权利要求1所述的热交换板，其特征在于，
所述双回路结构换热通道的两端和/或末端设有涡流和湍流发生结构。
4.如权利要求1所述的热交换板，其特征在于，所述碳化硅陶瓷是常压烧结碳化硅陶瓷。
5.如权利要求4所述的热交换板，其特征在于，所述碳化硅陶瓷由(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂进行造粒并成型后固相烧结得到。
6.一种权利要求1所述的热交换板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(a)提供(85-95)重量份碳化硅粉体、(0～15)重量份烧结助剂、(0～2)重量份粘结剂进行造粒，得到粉体；
(b)将步骤(a)的粉体进行成型，得到碳化硅坯体；
(c)将所述碳化硅坯体进行成型，得到成型体，所述成型体具有中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；且所述成型体上设有双回路结构换热通道；
(d)所述成型体进行后续步骤，得到所述热交换板。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述造粒采用喷雾造粒法。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型包括干法成型或湿法成型。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后续步骤为将成型体进行热处理和烧结，得到所述热交换板。
10.一种权利要求1所述的碳化硅热交换板在热交换处理中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120704 |